宇宙是“人(rén)为制造”的？为何会(huì)存在科学无法解释(shì)的(de)“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么？人类为了寻找(zhǎo)暗物质存在的证据(jù)，科学家们在过去的几十(shí)年当中进行了(le)超过50次(cì)的长期实(shí)验，但是却没有发现任何的有效证据。除(chú)了一个地方，在1687年(nián)出版(bǎn)的自然哲学数学原理(lǐ)一书中(zhōng)，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力定(dìng)律(lǜ)，它揭示(shì)了宇宙中天体运动(dòng)的规律(lǜ)。往后的(de)几(jǐ)百(bǎi)年来(lái)，当天文学(xué)家们发现某些天(tiān)体运行轨(guǐ)道出(chū)现异常，不符(fú)合万(wàn)有引力定律的时候，他们就会知(zhī)道，周围一定(dìng)有未知的天体通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在(zài)1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶就通过天王星运(yùn)行(xíng)轨道的异常，推算并(bìng)且发现了海(hǎi)王星的存在(zài)。另(lìng)外，哈雷彗星、冥(míng)王(wáng)星的发现都是应用万有引力定律(lǜ)所取得重大天文成就的例子。但(dàn)是(shì)这(zhè)些发(fā)现都(dōu)是(shì)在恒星系统(tǒng)的尺(chǐ)度当中，可(kě)当(dāng)我们上升到星系或者(zhě)是(shì)星团的(de)尺(chǐ)度，事(shì)情就(jiù)开始(shǐ)变得诡异了。

1933年，瑞士(shì)的物(wù)理学家(jiā)弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测量后发星系团的质(zhì)量。这(zhè)是一个由数千个星系(xì)所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系被(bèi)引力束(shù)缚在一(yī)起。测量星系团的质量一般会使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可(kě)以确定(dìng)其质量的范围。

第(dì)一种是获得其(qí)"光度学(xué)的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二(èr)种是动力学质量的计算(suàn)，是利(lì)用光谱红移测量星系团中的各个星系相对于(yú)星系团的(de)运(yùn)动速度。当测(cè)量结(jié)果出来之后，兹威基(jī)彻底(dǐ)懵了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学质量”的400倍。这意味着，后发座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量消失了(le)，或(huò)者(zhě)说这99%的质(zhì)量并(bìng)不以可见光(guāng)的形式所存在，我们(men)无法看到。最诡(guǐ)异的(de)是(shì)，在测量速度的过程中，兹威基发现星系团(tuán)中很多星(xīng)系(xì)的(de)速(sù)度比理论上要快得(dé)多，按(àn)照牛(niú)顿(dùn)的(de)运动学定(dìng)律，仅靠这些可(kě)见星系的(de)质量所(suǒ)产生的引力是无法将它(tā)们束缚(fù)在星(xīng)系团内的，它们(men)早就应该被抛出星系团(tuán)之外了，除非有一种神秘的(de)力量在(zài)起作用(yòng)，这种力量来源于(yú)某(mǒu)种隐形(xíng)的物质。

据此，兹维(wéi)基提出了这样部分(fēn)不(bù)可见的暗(àn)质，它不发(fā)散光、吸(xī)光、反射光，但(dàn)是(shì)它们却占据着(zhe)宇宙中绝(jué)大部分的质量。只(zhǐ)是当时(shí)的(de)人(rén)们对这样的一(yī)种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个(gè)词才再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女座星系中的恒(héng)星运(yùn)动。理论上来(lái)说，距(jù)离(lí)中心(xīn)越远的恒星在(zài)其(qí)轨(guǐ)道(dào)上的(de)运行速(sù)度就会(huì)越(yuè)慢(màn)。但(dàn)是他们观(guān)测的(de)结果(guǒ)却(què)让人(rén)感到不可思(sī)议。

随(suí)着(zhe)与(yǔ)中(zhōng)心(xīn)距离的增(zēng)加，恒(héng)星(xīng)的旋转速度几(jǐ)乎保持不(bù)变。可是根据牛顿(dùn)的万有引力定律(lǜ)，在星(xīng)系当中如果(guǒ)没有足够大的质量(liàng)来吸引(yǐn)它们(men)，这些外(wài)围(wéi)的恒星(xīng)早就被甩(shuǎi)到宇宙当中(zhōng)了。基(jī)于(yú)这种现象，科学家们会(huì)使用一种(zhǒng)相对(duì)标准的方(fāng)法来解释暗物质(zhì)的存(cún)在，这种方法(fǎ)就(jiù)是(shì)测量星系当中气体在X轴上距(jù)离星(xīng)系中心的距离(lí)，以及在(zài)Y轴(zhóu)上气体的(de)旋(xuán)转速度。如果出现异常的(de)结(jié)果，就(jiù)认为是由暗物(wù)质的(de)力量(liàng)进入(rù)其中。

于是科学家们通过射(shè)电(diàn)望(wàng)远(yuǎn)镜测量了距离(lí)星(xīng)系中心更远距离的氢元(yuán)素，发现(xiàn)它(tā)们的旋转速度并不符合牛(niú)顿(dùn)的力学定律。我们的太阳(yáng)系(xì)也不例外，太阳系位于(yú)银河系的第三悬臂之上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年(nián)，根据万有引(yǐn)力定律进行计算，太阳(yáng)系的运行速度(dù)应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但实际上，太阳系(xì)正在以220千(qiān)米/秒的(de)速(sù)度围(wéi)绕银河(hé)系(xì)旋转，这个实际(jì)速度(dù)远远大(dà)于理论(lùn)速度，那(nà)么产生(shēng)以(yǐ)上这种向心加速度的原因很可能就是存在着一种我们看不到(dào)的物(wù)质，是(shì)这些暗物质(zhì)的引力效应将(jiāng)星系聚集在了一(yī)起。

也是(shì)从(cóng)这时开(kāi)始，越来越多的研究(jiū)人员开始相信(xìn)暗物质的存(cún)在(zài)。科学(xué)家根据星(xīng)系外恒星(xīng)轨道的(de)速度，估算在(zài)星系当中(zhōng)暗物质的质量占(zhàn)整个星系质(zhì)量的85%。但是，暗物(wù)质并不是唯一(yī)可以解(jiě)释(shì)这个(gè)现象(xiàng)的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上(shàng)的(de)微小(xiǎo)差异。另外，天文学家还发现了(le)一个(gè)反常的星系，叫做(zuò)Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大小(xiǎo)和银河系不多，但(dàn)是星系当(dāng)中存(cún)在的(de)恒(héng)星数(shù)量却只有银(yín)河系的千分(fēn)之(zhī)一。

所以在理论(lùn)上，该(gāi)星系(xì)必须存在(zài)暗物质，否则就会分崩离(lí)析。但是科学家们使用最(zuì)先进的望远镜对其(qí)进行了40个小时的详细测量之后，发现星(xīng)系中(zhōng)的恒(héng)星运动是(shì)可以用正常的物质和力学定(dìng)律来(lái)解释的。那(nà)么又(yòu)有(yǒu)人提出，也许该星系的(de)暗物质，已经被附近(jìn)的另一个大星系剥离了(le)。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何星(xīng)系存在。造成这些现象的除了暗物(wù)质(zhì)的假说(shuō)之外(wài)，另一种可能就是(shì)人(rén)类(lèi)对引力的理(lǐ)解(jiě)还不够全面，引力很可能(néng)在(zài)不同尺度空间(jiān)中的工作方式(shì)是不同的，这意味着(zhe)在行星系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们的(de)轨(guǐ)道，按照我们所理解的方式运动(dòng)。但是(shì)上(shàng)升到星(xīng)系和星团的尺度，引力之间的相互作用则是不同的方(fāng)式。对于在星系团之间(jiān)的(de)相互作(zuò)用，科(kē)学家(jiā)还引(yǐn)入了外部场效应的(de)概(gài)念(niàn)，指的是在数(shù)百万光年的规模(mó)上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊的(de)效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论成立，这意味着我们(men)需要对(duì)现在(zài)的物理定律(lǜ)进(jìn)行修正(zhèng)，这些(xiē)发现也让很多人认为暗物(wù)质假(jiǎ)说理论就此(cǐ)终结(jié)。但是在宇宙当中还有(yǒu)关(guān)于暗物质存在的其他的理论证(zhèng)据，这些理论证据是蒙德(dé)理(lǐ)论所没(méi)法解(jiě)释的“引力透镜”。

径(jìng)向距(jù)离为37亿光年的子弹星系团(tuán)，由两个碰撞的星系团(tuán)所(suǒ)组成，类似这样的星团，它们大部分的普通质量都在星系的气体(tǐ)当中。当星(xīng)团以1000万公里/小时发生(shēng)碰(pèng)撞(zhuàng)的时候，星(xīng)际气体的相互作用就会导致温度(dù)的急剧(jù)升高，速(sù)度大(dà)幅(fú)降低(dī)。所(suǒ)以(yǐ)在(zài)理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质(zhì)量将位于所有(yǒu)这些(xiē)气(qì)体所在的中间(jiān)区域(yù)。那么(me)我们通(tōng)过什(shén)么来验证它的质量区(qū)域到底是不是集中在(zài)中间(jiān)呢？前不久，詹姆斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一(yī)张全彩的高清(qīng)照片，在照片中我们(men)可以明显地看(kàn)到(dào)很(hěn)多星系似(shì)乎被拉伸产生了(le)巨大的(de)形变。其实这些(xiē)星(xīng)系(xì)本身并不是真的(de)被扭(niǔ)曲(qū)了，也不是韦伯望远镜出(chū)了什么问题(tí)，而(ér)是这样(yàng)极(jí)遥远的天体和(hé)我们地球上的观测(cè)者之间。被一个质量超级巨大(dà)的(de)天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星(xīng)系的光都(dōu)发生了扭(拜拜肉好减吗，拜拜肉难减吗niǔ)曲(qū)。这个现(xiàn)象(xiàng)就(jiù)是引力(lì)透镜效应。这个巨大的天体可能是(shì)超大质量的黑洞或者是暗(àn)物(wù)质。

所(suǒ)以当(dāng)人们对子(zi)弹(dàn)星系团观测的时候，发现它的大质(zhì)量(liàng)区域并不是在中间，而是在两侧(cè)。所(suǒ)以最好(hǎo)的解释(shì)方法(fǎ)就是当星团发生(shēng)全部的碰(pèng)撞时，可被观(guān)测到的质量气(qì)体被卡在了中(zhōng)间(jiān)，暗物质则直接通过了这个区域(yù)，并在两边形成(chéng)了引力透镜。对子弹星系团的引力(lì)透(tòu)镜研究也(yě)被认为(wèi)是(shì)暗物质存在(zài)的迄今为止(zhǐ)最(zuì)好的(de)理论证据(jù)。

除此之外(wài)，还有来自宇宙当(dāng)中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终于可(kě)以(yǐ)畅(chàng)通无(wú)阻地(dì)穿越在(zài)宇宙当中了。经过(guò)了130多亿年之后，这些光(guāng)在宇宙(zhòu)空间背景上留下(xià)了各相同性的微(wēi)波辐射。其中红(hóng)色的部分表示(shì)温度(dù)较高的区域，蓝色则表示相对(duì)较冷的(de)区域，但实(shí)际上它们之间(jiān)的(de)温(wēn)差只(zhǐ)有万(wàn)分之一。

科学(xué)家(jiā)们(men)通过对(duì)前景(jǐng)背景(jǐng)分离后的二值图像进行连通域提取(qǔ)和标(biāo)记之后(hòu)发现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙当中没(méi)有暗物质，图形看起来不应该是这样的，而随着(zhe)暗(àn)物(wù)质的增加(jiā)，一些峰值的幅(fú)度(dù)会减(jiǎn)小，才变得看起来“和谐”。为(wèi)了匹配(pèi)宇(yǔ)宙微波背景辐射的测量值(zhí)，我们需要的暗(àn)物质(zhì)大(dà)约(yuē)是普通(tōng)物质的5倍(bèi)。这(zhè)个(gè)数(shù)字与(yǔ)解释星系当中恒星运动(dòng)所需要的暗物质比例是一致(zhì)的。这就意味着。

用了一个(gè)简单的理(lǐ)论框架(jià)，就(jiù)很(hěn)好地解释了很多不(bù)同的观测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当中存在着某种类型(xíng)的粒(lì)子，它们不参与(yǔ)任(rèn)何其他的电磁作用，只通过引力来相互作用。所以(yǐ)如果(guǒ)能够找(zhǎo)到(dào)这(zhè)种粒子(zi)的(de)存在，就相当(dāng)于(yú)找到了暗物质(zhì)存在的实(shí)际(jì)证据。这种粒子到底是什么(me)？科学(xué)家们已经(jīng)提出了数十种的假想目标，而要寻找这(zhè)些不同的目标粒子所需要的实(shí)验方式也不相(xiāng)同(tóng)。在(zài)过(guò)去的几十年当中，人类(lèi)为(wèi)了寻(xún)找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与(yǔ)常规物(wù)质相互作用的“暗物(wù)质”，科学家们已经进行了超(chāo)过(guò)50次的(de)实验，却(què)没有任何(hé)实质性的发现(xiàn)，除(chú)了(le)一个地方，意大利的格兰萨索山，隶属于阿(ā)尔卑斯山(shān)脉(mài)。

在山(shān)下1400米处的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最(zuì)大(dà)的地学实(shí)验室，这(zhè)个实(shí)验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这(zhè)里有(yǒu)一个(gè)三层楼(lóu)高的探(tàn)测器(qì)，一直致力于(yú)寻(xún)找(zhǎo)暗物质粒(lì)子的周期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的科(kē)学家声称观测到了某种信号。经过了(le)20多(duō)年(nián)的(de)数(shù)据收集(jí)，人们发现(xiàn)了一个有趣的事情。探测(cè)率(lǜ)会在每(měi)年的6月份达(dá)到峰值，然后在11月降到最低(dī)，而且在20年当中每年都是一样。一些(xiē)科学家认为这(zhè)可(kě)能是(shì)人(rén)类发现暗(àn)物质的第一个直接(jiē)证据。

但是为什么暗物质(zhì)会产生周(zhōu)期性的年度(dù)信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着银河系进行移动，那么如果暗物质存在宇宙当(dāng)中，这(zhè)意味着我们(men)也在(zài)以这(zhè)样的速(sù)度(dù)在穿越着(zhe)暗物(wù)质流(liú)，这个过程中会(huì)产生相应(yīng)的振荡(dàng)，同时地(dì)球(qiú)又以30公里/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是一致的(de)，而另(lìng)外半(bàn)年则与(yǔ)之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的方(fāng)向(xiàng)正好(hǎo)达到完全一致，这是理论上地球穿(chuān)越暗物质流最(zuì)快的(de)时段。而在11月份，又恰(qià)好达到了最慢值(zhí)。尽管在实际(jì)的情(qíng)况中，太阳系(xì)相对银河系的平面(miàn)呈现(xiàn)了60度的(de)倾斜，但是这并不影响这个理论的有效性。

因此科学家(jiā)认(rèn)为这可以用来解释(shì)，研究人员们(men)所观测到的周(zhōu)期性信号(hào)。当(dāng)然也可(kě)能有其他(tā)的情况，造成这种年度周(zhōu)期信号的差异也(yě)可能(néng)是(shì)温度、湿度(dù)、土壤中的(de)水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利(lì)游客的数(shù)量也(yě)符(fú)合这个(gè)周期的规律。

所以，科学家们(men)又在南半(bàn)球建立了一个几乎(hū)相同的实(shí)验室，这里的季(jì)节与之(zhī)前的(de)实验室正(zhèng)好相反，而在(zài)这里，地球穿(chuān)过暗物质流的运动特征和第(dì)一个(gè)实验室是一样的(de)。

因此，如拜拜肉好减吗，拜拜肉难减吗果在这里可以得到相(xiāng)同的信号，就可以成为暗物质所存在的非常有力的(de)证据了。但是由(yóu)于这个实验室(shì)刚(gāng)刚建(jiàn)成不久(jiǔ)，所以截至目前(qián)还无法提(tí)供(gōng)相应的数据支持(chí)。另(lìng)外，在2025年(nián)，NASA将会发射(shè)一台新的望(wàng)远(yuǎn)镜(jìng)，这(zhè)台太空(kōng)望远镜叫做“南(nán)希格(gé)雷(léi)斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的宽视场仪器提(tí)供的(de)视野是哈勃红外(wài)仪器(qì)的100倍。南(nán)希(xī)格雷斯罗(luó)曼太空望远镜其中一(yī)个(gè)关(guān)键(jiàn)的用(yòng)途就是探索暗物质背(bèi)后的奥(ào)秘，对于探测的结果(guǒ)，我们只能(néng)拭(shì)目以待了。费米(mǐ)实验室粒(lì)子天体物理(lǐ)中心的科学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬(fēn)研究发现(xiàn)，如(rú)果暗物质(zhì)存(cún)在，它(tā)们(men)极有(yǒu)可能(néng)拥(yōng)有另一种神秘(mì)的效应，这种暗(àn)物质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命的(de)诞生，或(huò)者(zhě)说是生命(mìng)进化的一(yī)个重要(yào)因(yīn)素。

如果这一理论得到(dào)进一(yī)步的证(zhèng)实，那么遍(biàn)布(bù)宇宙当中的暗物质(zhì)会不会意(yì)味着(zhe)人类并不孤单呢？或许(xǔ)在宇宙当中某(mǒu)个(gè)角落的行星上，暗(àn)物质正(zhèng)在通(tōng)过这样的(de)效应创造生命。当然，这些推论的大前(qián)提是要先找到(dào)暗物(wù)质存(cún)在(zài)的实(shí)际证据。那么小伙(huǒ)伴们，你们(men)觉得(dé)暗物(wù)质(zhì)到底存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的(de)支(zhī)持是我更新的动力！

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